Какой тип матрицы лучше для видеонаблюдения

При выборе камеры видеонаблюдения учитывают несколько критериев: насколько качественной будет съемка при дневном освещении, ночью, в помещении, на улице. Также важны угол обзора и степень защиты от вандалов, дождевой воды и прочих воздействий. Один из ключевых вопросов – какой тип матрицы лучше для камеры видеонаблюдения. Рассмотрим выбор с этой точки зрения и приведем рекомендации в зависимости от специфики эксплуатации.

Что такое матрица в камере видеонаблюдения

Начнем с азов. Прежде чем разбираться, какая матрица лучше для камеры видеонаблюдения, стоит уточнить назначение этого модуля. Это объяснит многие моменты, например, почему в инструкции по эксплуатации обязательно указывают его тип, некоторые технические характеристики.

Сенсор или светочувствительная матрица – элемент, преобразующий оптическое изображение в цифровую форму (для последующего сохранения в файл, обработки, передачи на носитель и пр.).

Принцип действия:

1. Свет попадает на объектив камеры, который фокусирует его на поверхность матрицы.

2. Пиксели, расположенные на подложке, преобразуют световой поток в электрический заряд.

3. Значение каждого из них с заданной частотой считывает специальный процессор.

4. После обработки полученные данные формируют итоговый кадр.

Фактически в любой момент времени видеокамера фиксирует «стоп-кадры», из которых потом собирается видеоряд с установленной частотой. Оператор может поставить запись на паузу и сохранить статичную картинку. Например, если понадобилось распечатать изображение, переслать его через мессенджер или электронную почту. Та же процедура доступна и для видеороликов. Специальный софт позволяет вырезать куски требуемого размера и сохранять отдельно от общего архива.

Типы матриц для видеокамер

В камерах видеонаблюдения можно встретить два основных варианта: CMOS и CCD матрицы. Они имеют кардинальные отличия. Например, технология Charge-Coupled Device от Sony относится к аналоговым. Несмотря на ряд преимуществ вроде высокого качества изображения независимо от условий, ее практически забросили ввиду чрезмерной дороговизны.

Совсем другое дело CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), изначально разработанная с учетом цифровой обработки видеопотока. Такие матрицы потребляют энергии до 100 раз меньше по сравнению с CCD, поддерживают многопотоковое видео, «оконизацию» картинки. Поэтому при решении, какая матрица лучше для камеры видеонаблюдения, ответ простой – это CMOS.

Производители внедряют дополнительные фишки, расширяющие возможности оборудования:

1. Sony Exmor – увеличивает чувствительность, расширяет динамический диапазон за счет более компактного расположения элементов, «задней» подсветки.

2. Starvis – еще одна разработка Sony, позволяющая получать качественный видеопоток ночью (благодаря чувствительности, заметно превышающей показатели человеческого глаза).

3. Live-MOS – технология от Panasonic, улучшающая качество картинки при ее просмотре в режиме реального времени.

4. Starlight – режим от Topaz Labs, позволяющий получать цветное, четкое, детализированное изображение даже при слабом освещении, практически до полной темноты.

Существуют аналогичные решения других брендов: Lightfinder от Axis, DarkFighter или ColorVu от Hikvision. Перечисленные технологии позволяют получить требуемый результат без существенных изменений в конструкции видеокамеры, в том числе без замены матрицы. То же относится к WDR, BLC, 3-DNR, HLC и иным методам обработки картинки (первый вариант самый популярный).

Камеры Hikvision в каталоге DSSL

Есть ли преимущество у видеокамер с WDR

Сведения о поддержке той или иной технологии улучшения изображения указывают в руководстве по эксплуатации камеры наблюдения. Функция WDR (Wide Dynamic Range) представляет собой способ устранения темных и засвеченных участков при любом освещении. Процессор в динамике снимает два варианта картинки и «на лету» соединяет их для повышения качества.

Плюсы технологии:

1. Матрица автоматически адаптируется к резкому изменению освещенности, например, при попадании на объектив солнечных лучей, света от фонаря и т.п.

2. Четкость изображения одинакова по всей площади кадра, как в ярко освещенных, так и на темных частях сцены, что упрощает изучение ситуации, решение инцидентов.

3. Качество ночной съемки улучшается независимо от наличия светильников, ИК-подсветки и других дополнительных модулей.

4. Блики, получаемые от фар автомобилей, оконных стекол, практически полностью исчезают и не мешают обзору.

Технология максимально адаптирована для уличных камер видеонаблюдения, хотя дает плюсы и для офисного, домашнего комплекса. В дополнение к WDR будет полезным наличие таких фишек как Smart IR – регулировка дальности ночной подсветки, AWB – автоматический баланс белого или ROI – настройка «области интереса».

Камеры TRASSIR с WDR 120 dB в каталоге DSSL

Технические характеристики матриц

Перечислим характеристики матрицы для видеокамеры, важные для пользователя: размер и тип, разрешение, светочувствительность. Они влияют на качество картинки, способность оборудования работать в условиях незначительной освещенности и т.д. Оценивать и сравнивать эти критерии нужно, чтобы точно определить, какая матрица камеры лучше для видеонаблюдения на конкретном объекте.

Размер

Под размером матрицы понимают физическую длину по диагонали. Значение принято указывать в виде дроби – 1/4”, 1/3” или 1/2”. Важно учитывать, что производители используют специфическую единицу измерения: 1” равен 16 мм. В итоге модуль типа 1/2” имеет диагональ 8 мм.

Зависимость качества изображения от размера простая: чем крупнее матрица, тем меньше помех и шумов, чище картинка. Плюс габаритные модули дают более широкий угол обзора при одинаковом фокусном расстоянии.

Разрешение

Показатель определяют по количеству пикселей, измеряют в мегапикселях (Мп). Значение влияет на качество пропорционально: чем ниже цифра, тем меньше детализация. На дешевых камерах это проявляется в виде «замыленной» картинки. Высокое разрешение позволяет рассматривать мелкие детали, в том числе с увеличением отдельных участков стоп-кадра.

Популярные типы разрешений:

1. 720p (HD) – 1280х720 пикселей. Базовое значение, подходящее для большинства задач при просмотре видео на небольшом экране.

2. 1080p (Full HD) – 1920х1080 пикселей. Оптимальное решение из-за высокого качества видео независимо от используемого монитора.

3. 2160p (4K) – 3840х2160 пикселей. Профессиональное разрешение с максимальной для камер видеонаблюдения детализацией (больше требуется редко).

Значение коррелирует с габаритами матрицы. При высоком разрешении на малогабаритном модуле придется мириться с так называемым «цифровым шумом». Он проявляется из-за того, что пиксели начинают «мешать» друг другу, наводят помехи, искажающие видео, пусть и в незначительном для динамической картинки варианте.

Камеры TRASSIR с разрешением 2-4 Мп      Камеры TRASSIR с разрешением 5-8 Мп

Светочувствительность

Чтобы выбрать камеру, понять, какой размер матрицы лучше и какого разрешения достаточно для просмотра, будет мало. Еще желательно уточнить минимальный уровень освещенности, чтобы получить внятный результат. Измеряется показатель в люксах (лк).

Влияние светочувствительности:

1. Высокий показатель обеспечит четкое, детализированное изображение даже при довольно слабом освещении. Это важно, например, для ночной съемки.

2. Низкое значение приведет к зернистости картинки, искажению цветов, что существенно затрудняет идентификацию объектов.

3. Светочувствительность напрямую связана с размером сенсора. Чем он крупнее, тем выше и этот показатель. Но с ростом разрешения эффективность падает.

Специалисты рекомендуют выбирать чувствительность камеры в 8-15 раз больше, чем ожидается уровень освещенности в точке установки. Так, для ночной съемки оптимальны модели, в которых установлены матрицы поддерживающие 0,01-0,1 лк. Если в помещении всегда светло, например, в круглосуточно работающем магазине, достаточно значения от 0,1 лк до 1 лк.

Как выбрать матрицу в зависимости от назначения камеры

Понять, какая матрица лучше для видеонаблюдения, иногда проще, если отталкиваться от задач, для решения которых нужно установить камеры. В уличных условиях оборудованию приходится улавливать значительно большее количество мелких деталей, чем в условиях склада, магазина или офисного помещения. Плюс различаются динамика в кадре, изменения уровня освещенности, от «всегда одинаково» до ежесекундного, в зависимости от облачности, близстоящих деревьев и пр.

Табл. 1. Типовые параметры

Отметим, что практически стандартом сегодня стали видеокамеры с разрешением Full HD. По цене они мало чем отличаются от «младших братьев» с поддержкой только HD. Единственная разница заключается в емкости накопителей, рекомендуемых для записи. Причина объяснима: за один час с разрешением 720p будет создан файл размером примерно 2,2 Гбайт, а в 1080p он займет минимум 10 Гбайт (зависит от выбранного кодека и ряда условий).

Некоторые дополнительные рекомендации:

1. Обзорная камера – важен угол обзора, размер матрицы. Если речь идет о торговой точке или складе, светочувствительность не принципиальна. Иное дело, когда оборудование ставят на автомобильной парковке, для контроля прилегающей территории. В этом случае желательна поддержка ночной съемки, в том числе за счет ИК-подсветки.

2. Камера для СКУД – решение подразумевает возможность распознавать лица людей, автомобильные номера, следить за определенными объектами, обнаруживать движение и т.д. Здесь актуально высокое разрешение, т.к. съемку часто используют для разбора разных инцидентов, выявления виновных, поэтому важно четко видеть мелкие детали.

В слабо освещенных местах независимо от назначения нужно ставить камеры с максимальным значением светочувствительности, с крупной матрицей. Разрешение непринципиально, не стоит гнаться за большими показателями, т.к. они ухудшат ночную съемку.

Камеры TRASSIR с подсветкой

Что важно для ночной съемки

Чуть подробнее остановимся на ночном режиме съемки. Если видеокамера будет работать в составе охранной системы, желательно, чтобы она давала четкий кадр независимо от времени суток, в том числе и при отсутствии искусственного освещения. Критичным здесь является размер матрицы. Чем он больше, тем лучше восприятие рассеянного света.

Производители компенсируют снижение качества различными фишками. Например, подключают инфракрасный фонарь, улучшающий картинку ночью, пусть и на ограниченном расстоянии от объектива. Современные модели обеспечивают подсветку вплоть до 100 метров. Но нужно учитывать, что в таком режиме возможна съемка только черно-белого видео.

В более выгодной ситуации находятся модели камер с поддержкой технологии WDR. За счет программного объединения нескольких кадров часто удается получить приличное качество в случае постоянного изменения освещенности. Например, если мимо проезжают машины с включенными фарами или люди пользуются фонариками.

Еще отметим, что при высокой светочувствительности зависимость от ИК-подсветки и программных методов оптимизации изображения снижается. Поэтому есть смысл уточнить значение у выбранной модели видеокамеры и отдать предпочтение более чувствительной матрице. Кстати, на технологию CMOS производители массово перешли отчасти из-за лучших показателей ночной съемки.

Как размер пикселя влияет на детализацию изображения

Повышение разрешения при сохранении габаритов сенсора вынуждает производителей уменьшать размер пикселей. Решение очевидное, но не всегда рациональное. Да, большее их количество дает улучшение детализации изображения. Но только до определенного момента. Слишком маленькие «точки» ухудшают светочувствительность, особенно при слабой и средней освещенности. Итогом становятся расплывчатые кадры, невозможность нормально рассмотреть мелкие детали.

Подробнее:

1. Камеры с большими пикселями обладают лучшей чувствительностью и дают более четкую картинку в темных и слабо освещенных местах.

2. Мелкие пиксели улучшают детализацию, но такое оборудование требует хорошего уровня освещения, желательно без теней, с равномерной «засветкой» территории.

3. Инфракрасная подсветка мало помогает, т.к. она позволяет снимать только в черно-белом режиме, когда часть детализации «съедается» отсутствием цветового наполнения.

Вывод простой. Не надо гнаться за максимальным разрешением, т.к. для большинства задач хватает классического HD или Full HD режима. В тех же охранных системах важнее зафиксировать факт проникновения, кражи и т.п., а не рассмотреть в мельчайших деталях лицо злоумышленника. Его и так будет легко опознать, в том числе по особенностям одежды, росту, комплекции. Детализация чаще актуальна для обзорных камер, когда кадры увеличивают для уточнения ситуации.

Выбор матрицы с учетом погодных условий

На решение, какая матрица лучше подойдет для конкретной ситуации, также влияет типовая погода (при условии, что камера эксплуатируется на улице). Перед покупателем одновременно возникает несколько вопросов. Например, как будет происходить съемка при засветке объектива солнечным светом, который, вероятно, будет направлен прямо в «зрачок» камеры, вечером или утром.

Размер матрицы, разрешение, светочувствительность здесь роли не играют. Важнее - поддерживает ли камера технологии компенсации засветки вроде Backlight Compensation (BLC) или Highlight Suppression Backlight Compensation (HS-BLC). Если важна ночная съемка, чувствительность будет играть роль, особенно при слабой ИК-подсветке, но некритично.

Важным фактором для уличных камер является стойкость к воздействию дождевой, талой воды, перепадам температуры, морозам порядка -30-40℃. Еще может оказаться вполне актуальным антивандальное исполнение корпуса. К типу матрицы перечисленные критерии отношения не имеют, но их придется учитывать при подборе модели.

В жарком климате особый акцент рекомендовано уделять способности камеры выдерживать нагрев до +35-50℃. Возможности по компенсации слишком яркого освещения здесь становятся критично важными, иначе значительная часть съемки окажется испорченной.

Производители матриц для видеокамер

Отчасти на решение о выборе конкретной модели камеры видеонаблюдения влияет производитель матрицы. Крупные бренды стремятся к охвату рынка как за счет выпуска готовых изделий, так и деталей к нему. Малоизвестные производители редко разрабатывают собственную компонентную базу, а пользуется существующей. Например, от компании Sony.

Рейтинги возглавляют:

1. Домашнее использование – Xiaomi Smart Camera C200, IMOU Cube, TP-Link Tapo C225.

2. Уличное применение – Dahua DH-IPC-HDBW2230EP-S0280B, HiWatch DS-I203D.

3. Торговые точки – HiWatch DS-T591, Xiaomi Outdoor Camera AW300 MBC20.

В складских, офисных условиях в топы выходят другие модели, лучше адаптированные к типовым условиям эксплуатации. Перечисленные камеры преимущественно оснащаются матрицами брендов ON Semi, Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics, Sony Corporation. Крупные игроки вроде HikVision оснащают камеры сенсорами собственного изготовления.

Камеры Dahua и HiWatch в каталоге DSSL

Заключение

Подведем итоги. Матрица видеокамеры – один из ключевых элементов, который нужно учитывать при выборе. Основными характеристиками сенсоров являются размер по диагонали, разрешение в пикселях и светочувствительность в люксах. Помимо перечисленных параметров, желательно учитывать реальные условия эксплуатации. Это уровень освещенности и климатические особенности.